對電力系統脆弱性評估方法的探討

崔沙沙（國網山西省電力公司澤州縣供電公司，山西 晉城 048000）

對電力系統脆弱性評估方法的探討

崔沙沙
（國網山西省電力公司澤州縣供電公司，山西 晉城 048000）

目前世界上許多國家的研究者們還在一直研究著對電力系統脆弱性的評估方法，現有的評估方法多是從某個角度評價電力系統的安全狀態，尚未從整體反應出電力系統的安全狀態。因此，能夠用于指導并控制實時的電力系統評估方法有待于進一步的研究。

電力系統；脆弱性；評估方法

近幾年來，國內外發生了數次大停電事故多數是由于系統發生連鎖故障而引起的，這些事故不但帶來嚴重的經濟損失，更影響了人們正常的生活。因此，對電力系統脆弱性評估方法的研究具有不可計量的理論研究價值和實踐運用價值。

一、電力系統脆弱性的定義

近些年來，隨著電力系統的迅猛發展，其復雜性和隨機性隨之加大。傳統的系統評價方法難以直接迅速地得到關于故障的準確判斷，從而造成難以及時有效地解決電力故障的問題，最終導致大量電力資源浪費的現象。一位著名的外國學者曾把電力系統的脆弱性定義為：人為的不合理、不恰當操作影響了電力系統內部各個組成部分以及整個工作網絡正常能力的發揮，這種現象很可能會引發大面積的停電危險，這種危險一旦暴露出來，正常的供電能力就得不到保障，主要內容分為以下四個部分：計算風險、識別事件、分析網絡、決策網絡。在學術方面，電力系統的脆弱性也可以理解為電力系統安全性的拓展內容，從系統整體脆弱性角度出發來評估系統的安全性，有巨大的理論研究前景。還有學者基于電力系統脆弱性提出了電力系統防御體系，研發了分多層次控制整體的網絡，通過這一現象不難看出，對電力系統脆弱性的評估還是任重而道遠的。

二、電力系統脆弱性的原因分析

最終導致電力系統脆弱的原因是多方面的。例如，不可避免的自然災害，電力系統內部的組成單位，整個網絡，通訊系統的故障，操作人員的失誤，不準確的安全評估，電力市場的惡性競爭，違法分子的刻意搗亂。國外學者根據來源，將脆弱性原因劃分為外部原因和內部原因。

1 外部原因

（1）自然災害和天氣狀況：地震、海嘯、火災、風暴、洪水、沙塵暴等自然因素；（2）人為因素：人為對系統設置的錯誤，操作員系統操作的失誤，不法人員蓄意破環。

2 內部原因

（1）系統內部組成單位的問題：現實工程中的經驗顯示有三個元件經常出現問題，發電機、變壓器和輸電線；（2）相應的控制保護系統沒有正常發揮作用，整個網絡內部的各個安全保護系統相互影響，導致最后沒有及時發揮功效，導致電力系統發生故障的主要原因是保護系統的內部隱性故障；（3）通信系統的故障，現實工作中經常會出現這樣的現象：整個系統和能量系統之間的聯系中斷了，導致自我控制的操作無法正常進行，信息系統堵塞，外部信息入侵造成通信系統混亂無法正確識別等；（4）電力系統自身不穩定：靜態和動態的振蕩、電壓的不穩、長短頻率變換等；（5）電力系統本身對建立模型、系統評估、系統狀態監控的不充分或不準確；（6）電力行業的本身弱電：不能主動加強技術投資建設，在很長時間內閉門造車、設備更新換代速度慢等；（7）不能有效地收集利用信息：由于系統中的測量類型的元件都為舊式元件，故他們無法獲得精確度高的可信信息，而只能獲得一些精確度不高的信息，甚至是錯誤信息。此外，隨著高新技術的發展，利用高新技術對電力系統破壞引起了很大的關注，例如，黑客入侵、篡改系統數據信息和利用裝置中固有的脆弱性等，這些因素的存在都會加劇電力系統的脆弱性。

三、電力系統脆弱性評估方法的研究現狀

在現在的學術界，許多知名專家都在研究怎樣更加準確地評估電力系統的脆弱性，但尚未得到廣泛的認可和應用。現有的電力系統脆弱性的評估方法大致可以分為如下兩大類：

1 基于概率論的評估

這類方法主要是根據電力系統的隨機性，而采用隨機事件發生的不確定性來進行分析，它還可以分為基于風險理論評估和基于蒙特卡羅模擬評估。

（1）基于風險理論的評估。一般情況下，風險理論適用在災害評估上，評估災害發生的概率以及可能造成的嚴重后果。風險指標的計算公式為：

R（Xm，a）=∑P（Ek）﹛∑﹝P （Xk，p︱Xm，a）?S（Ek，Xm，p）﹞﹜

其中，Xm，a是m時刻系數的預測運行狀態，R（Xm，a）為在預測運行狀態下系統的風險，Xk，p是第p個可能的負荷，P（Xk，p︱Xm，a）是系統處于負荷的頻率，Ek是第k種故障，P（Ek）為其發生的頻率，S（Ek，Xm，p）是在第m個可能的負荷下發生第k種故障的后果。這種評估方法是針對電力系統某個局部的安全問題，并不能從整體充分地反應系統的安全。

（2）基于蒙特卡羅模擬評估。這種方法先把不確定性指標確定化，接著再進行評估狀態的工作，最后進行結果的計算分析，從而得到最重要的結果。然后這種方法的計算公式為：W=∑[F（m）/P]，其中，W代表系統的脆弱性指數，m表示出現損失負荷大于門檻值后仍然失穩的某次模擬，P為進行試驗的總次數。

2 基于復雜網絡理論分析的評估

一位著名的美國學者曾經作過一個叫做小網絡世界的理論，這種理論認為美國西部電網就是一個小網絡，特德規模結語網絡和隨機網絡之間。“小世界網絡”模型傳播路徑短、聚類系數值大，因此這種網絡的系統故障的傳播速度會遠高于正常的網絡，這種模式下更易發生系統連鎖故障。基于“小世界網絡”理論的評估方法，能夠最大限度地尋找電網本身的脆弱性，但是它沒有充分考慮系統的暫態特性。

3 大數據統計的方法

這種方法目前被各個行業采用，通過大數據的統計，統計出電力系統出現脆弱性的次數以及穩定運行的次數，進而對該電力系統的脆弱性作出一個合理的評估。

四、電力系統脆弱性評估方法的展望

對電力系統脆弱性的評估應該結合傳統的數學方法，再結合最新的大數據等新技術，把兩者融合到一起，這樣一來，電力系統脆弱性的評估工作一定會再上一個新臺階。

結語

現有的電力系統脆弱性評估方法并不能滿足日益增加的需要，對其評估方法還要進行大量的研究，最終形成能夠及時有效地體現電力系統的安全指標，而且能夠及時控制電力系統故障的方法，形成電力系統脆弱性災變評估的完整體系。

[1]丁明，韓平平.基于小世界拓撲模型的大型電網脆弱性評估[J].電力系統自動化，2006，30（08）：7-10.

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